GB 18384-2020绝缘电阻计算公式研究及替代方法

高峰 李良雨 于群 李瑞

摘 要：本文根据电动汽车有源电路绝缘电阻测量原理推导出绝缘电阻计算公式，当对公式参数进行适当简化时，就得出了与GB 18384-2020标准相同的绝缘电阻计算公式。然而在实践中，本文发现公式中的某些参数发生的微小变化会导致计算结果的极大不稳定，进而分析了其可能的影响因素。对此，本文推荐使用“并接电阻法”求解绝缘电阻，其核心做法就是先对被测电路进行改造：在被测电路中并入一对至少小于电压表内阻2个数量级的等值电阻，通过相关公式计算出被测电路绝缘电阻与并入电阻的并联值，再通过电阻并联公式就可以得出被测电路的绝缘电阻值。

关键词：GB 18384-2020，绝缘电阻，电压表，电动汽车

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.04.007

Study on Insulation Resistance Calculation Formula and Alternative Methods in GB 18384-2020

GAO Feng1* LI Liang-yu1 YU Qun1 LI Rui2

（1. National Passenger Car Quality Inspection and Test Center； 2. FAW TOYOTA Research & Development Co.， Ltd.）

Abstract： According to the principle of insulation resistance measurement for active circuit of electric vehicle， this paper deduces the calculation formula of insulation resistance. When the formula parameters are properly simplifi ed， the same formula of insulation resistance calculation as that in GB 18384-2020 is obtained. However， in practice， this paper fi nds that the small changes of some parameters in the formula will lead to great instability of the calculation results， and analyzes the possible infl uencing factors of it. In this regard， this paper recommends the use of the "parallel resistance method" to solve the insulation resistance. The core method is to transform the circuit fi rstly： a pair of at least two orders of magnitude smaller than the internal resistance of the voltmeter is incorporated into the circuit， the parallel value of the insulation resistance of the circuit and the incorporated resistance is calculated with the relevant formula， and the insulation resistance value of the circuit is obtained through the resistance parallel formula.

Keywords： GB 18384-2020， insulation resistance， voltmeter， electric vehicle

1 引 言

絕缘电阻是电动汽车安全要求的重要指标之一。当人接触到高压带电部件时，满足标准要求的绝缘电阻可以确保人员触电安全。对于有源电路绝缘电阻，国内外相关标准均采用了相同的测量原理，如ISO 6469-1/02[1]、ECE-R 100/02[2]、GB/T 18384.1-2015[3]等，即通过已知电阻并入被测电路前后相关电压变化情况，利用电工学相关原理联立方程求出绝缘电阻。GB 18384-2020[4] 据此给出了具体测量方法。

2 GB 18384-2020绝缘电阻测量方法

2.1 公式推导

GB 18384-2020 给出的电动汽车有源电路绝缘电阻测量方法（业内称“双表法”）如图1所示。

（1）将两块电压表（内阻分别是r1和r2）同时并入REESS的两个端子和电平台之间，电压读数较高的一个为U1，较低的一个为U1′，如图1（b）所示。

（2）在电压较大端并入测量电阻R0后，再读取此时的电压为U2、U2′，如图1（c）所示。

2.2 相关参数对计算结果的影响

由于电压表内阻参与计算，忽略电压表内阻的差异并不严谨。事实上，GB 18384-2020关于用两块相同规格的电压表进行测试的要求并无必要，只要知道内阻较小的电压表的阻值并将其并联到电路电压较小端，就能保证Ri1不小于Ri2成立，这样通过公式（5）计算出Ri2就能作为被测电路的绝缘电阻值。

即便如此，公式在实际使用中的效果也值得商榷。表1数据来自某样车依“双表法”研发的全自动测量设备（就是接好电路，设备能自动读取相关电压，并给出计算结果，排除了人为因素）。从表1中可以看到数据非常离散，更有甚者，计算出的绝缘电阻还出现负值。

计算结果不收敛源于公式对参数变化的反应过于敏感。参数不稳定（波动）的可能的原因如下：

（1）当电压表、测量电阻并入电路时，打破了原有电路电压平衡。由于Y电容的存在，电路电压重新稳定所需的时间快慢与电阻成正相关（时间常数τ=RC）。由于电压表内阻、测量电阻很大，电压需要相当长的时间才能达到相对稳定，并且对应电阻电压在趋于稳定的过程中，受2个RC电路的相互影响，还会产生此消彼长的小幅震荡波动。

（2）当对电压表内阻进行测量时，发现电压表内阻也会随被测电压的变化而变化（标称10 MΩ的电压表会产生近50 kΩ的波动）。

（3）电压表和测量电阻的精度。

“双表法”被很多相关国标引用，如GB 38031-2020 [5]、GB 38032-2020 [6]等，其影响不言而喻，建议对“双表法”进行专业评估。

3 绝缘电阻其他测量方法

推荐使用“并接电阻法”，其核心做法就是在被测电路中并入一对至少小于电压表内阻至少2个数量级的等值电阻，这样就可以忽略电压表内阻对被测电路的影响。该方法的测量原理依然采用通过已知电阻并入被测电路前后相關电压变化情况，利用电工学相关原理联立方程求出绝缘电阻。该方法的理论与实践见参考文献[7]。

“并接电阻法”测量方法如图2所示。

（1）将一对等值小电阻Rx同时并入被测电路两端，读取电压U1、U1′，如图2（b）所示。

（2）在电压较大端并入一个已知阻值测量电阻R0后，再读取此时的电压U2、U2′，如图2（c）所示。

因为在被测电路中并入一对小于电压表内阻至少2个数量级的等值电阻后，就可以忽略电压表内阻对被测电路的影响，因此也可用一块电压表分别测量相关电压。

“双表法”与“并接电阻”的测量原理完全相同，具体测量方法却形似而实不同：前者R0的取值较大、电压表内阻参与计算，后者选取适当阻值的辅助电阻R0、Rx，以至于可以完全忽略电压表内阻对被测电路的影响。

4 结 论

本文通过电动汽车有源电路绝缘电阻测量原理推导出了绝缘电阻计算公式，当对公式参数进行适当简化时，就得出了与GB 18384-2020标准相同的绝缘电阻计算公式。实测发现，公式中的某些参数发生的微小变化会导致计算结果的极大不稳定，说明计算公式不具有鲁棒性，建议慎用并进行专业评估。本文推荐使用“并接电阻法”求解绝缘电阻。

参考文献

[1]Electric road vehicles — Safety specifications —Part 1：On-board electrical energy storage：ISO 6469-1/02[S].日内瓦，国际标准化组织，2009.

[2]Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to specific requirements for the electric power train：ECE-R 100/02[S].日内瓦：联合国欧洲经济委员会，2013.

[3]中华人民共和国工业和信息化部.电动汽车 安全要求 第1部分：车载可充电储能系统（REESS）：GB/T 18384.1-2015[S].北京：中国标准出版社，2015.

[4]中华人民共和国工业和信息化部.电动汽车安全要求：GB 18384-2020 [S].北京：中国标准出版社，2020.

[5]中华人民共和国工业和信息化部.电动汽车用动力蓄电池安全要求：GB 38031-2020 [S].北京：中国标准出版社，2020.

[6]中华人民共和国工业和信息化部.电动客车安全要求：GB 38032-2020[S].北京：中国标准出版社，2020.

[7]高峰，张晓辉，刘双东.电动汽车绝缘电阻测量方法研究[J].汽车实用技术，2021，46（24）：5-9.

作者简介

高峰，通信作者，硕士研究生，高级工程师，研究方向为汽车整车产品认证测试及评价。

（责任编辑：袁文静）